DE3490800C2

DE3490800C2 - Optical system for a television recording camera

Info

Publication number: DE3490800C2
Application number: DE19843490800
Authority: DE
Inventors: Viktor Alekseev; Irina Anitropova; Artemij Lisenko
Original assignee: LE I TOCNOJ MEKH I OPTIKI SSSR
Current assignee: LE I TOCNOJ MEKH I OPTIKI SSSR
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1989-07-13
Also published as: GB2181568A; WO1986003917A1; JPS62501244A; GB2181568B; GB8616805D0; DE3490800T1; US4898457A

Description

Die Erfindung betrifft ein optisches System für eine Fernsehaufnahmekamera, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im einzelnen angegeben ist.The invention relates to an optical system for a TV recording camera, as in the preamble of claim 1 is specified in detail.

Weltweit besteht heute der Wunsch, die Bildqualität von Fernsehbildern dadurch zu erhöhen, daß die Zeilenzahl der einzelnen Fernsehbilder erheblich vergrößert wird, wobei ein Wert von bis zu 2125 Fernsehbildzeilen im Gespräch ist. Eine derart hohe Fernsehbildzeilenzahl verlangt nun aber die Entwicklung von Fernsehaufnahmekameras bzw. von diesen zugeordneten optischen Systemen mit erhöhtem Auflösungsvermögen bzw. ganz allgemein mit höheren optischen und elektrischen Kennwerten.Today there is a worldwide desire for image quality of television pictures by increasing the number of lines of the individual television pictures is considerably enlarged, with a value of up to 2125 television picture lines in Conversation is. Such a high number of television picture lines but now demands the development of television recording cameras or from these associated optical systems with increased resolving power or more generally with higher optical and electrical parameters.

Aus US 38 68 173 ist nun ein mehrgliedriges optisches System bekannt, das sich als Projektionsvorsatz vor dem Leuchtschirm einer Fernsehbildröhre anordnen läßt, um eine großflächige Projektion des auf diesem Leuchtschirm erscheinenden Fernsehbildes zu ermöglichen. Ziel dieses bekannten optischen Systems ist es, für eine ausreichende Vergrößerung des Bildes auf den Leuchtschirm der Fernsehbildröhre zu sorgen, ohne daß es zu einer störenden Bildfeldwölbung kommen kann. In diesem Zusammenhang wird einer einzelnen Linse, die dem Leuchtschirm der Fernsehbildröhre am nächsten steht die Funktion eines Bildflächenebners zugedacht, wobei diese Linse dem Leuchtschirm unter Anpassung ihrer diesem zugewandten Oberfläche mit einem Luftspalt gegenübergestellt wird. From US 38 68 173 is now a multi-part optical System known, which is known as a projection attachment arranges the fluorescent screen of a television picture tube to a large-scale projection of the on this screen to enable appearing television picture. Aim this known optical system is sufficient for Magnification of the picture on the screen of the television picture tube to worry without causing an annoying field curvature can come. In this context a single lens that matches the fluorescent screen of the television picture tube the function of an image leveler is closest intended, this lens the fluorescent screen adapting their surface facing this is compared with an air gap.

In DE-GM 68 03 694 ist weiter ein mit einer Fernsehaufnahmeeinrichtung versehenes Elektronenmikroskop beschrieben; bei dem die Bildübertragung mit Hilfe einer Fieberplatte erfolgt, wobei eine spezielle Halterung für die Fernsehaufnahmeeinrichtung dafür sorgen soll, daß der Strahlungsdurchschnitt von der Fieberplatte zur lichtempfindlichen Schicht der Fernsehaufnahmekamera störungsfrei erfolgt. Die mit der lichtempfindlichen Schicht versehene Frontscheibe der Fernsehaufnahmekamera einerseits und die Fieberplatte andererseits sind dabei zwei getrennte Bauteile, die mit Hilfe der Halterung zusammengehalten werden.In DE-GM 68 03 694 is one with a Electron microscope provided with television recording device described; where the image transmission with the help of a Fever plate takes place, with a special holder for the television recording device should ensure that the Radiation average from the fever plate to the light sensitive Layer of the television recording camera without interference he follows. The one with the photosensitive layer provided front window of the television recording camera on the one hand and the fever plate on the other hand is two separate components using the bracket be held together.

In der Sowjetunion wird in Verbindung mit Fernsehaufnahmekameras mit einem optischen System Wolna-801 gearbeitet, bei dem längs einer optischen Achse in Richtung des Lichtstroms gesehen ein aus n Gliedern bestehendes Objektiv und die Frontscheibe der Fernaufnahmeröhre hintereinander angeordnet sind. Dieses optische System bildet in der Praxis ein aus vier Gliedern bestehendes Objektiv mit einer Brennweite von 15 mm und einer relativen Öffnung von 1 : 2,8. Die Frontscheibe der Fernsehaufnahmeröhre ist als planparallele Platte ausgebildet und steht dem letzten Glied des Objektivs mit Abstand gegenüber. Mit Hilfe dieses bekannten optischen Systems läßt sich eine Auflösung erzielen, die im Bildmittelpunkt nur 400 Fernsehbildzeilen entspricht. Eine Überwachung des Verlaufs von technologischen Präzisionsvorgängen oder die Erkennung von feinkörnigen Strukturen ist mit einem derartigen Auflösungsvermögen nicht möglich.In the Soviet Union, an optical system Wolna-801 is used in connection with television recording cameras, in which, along an optical axis in the direction of the luminous flux, a lens consisting of n elements and the front pane of the telephoto tube are arranged one behind the other. In practice, this optical system forms a four-section lens with a focal length of 15 mm and a relative aperture of 1: 2.8. The front window of the television recording tube is designed as a plane-parallel plate and faces the last link of the lens at a distance. With the aid of this known optical system, a resolution can be achieved which corresponds to only 400 television picture lines in the center of the picture. Monitoring the progress of technological precision processes or recognizing fine-grained structures is not possible with such a resolution.

In "The Journal of the Institute of Television Engineers of Japan", Band 35, Nr. 3, 1981, Seite 3, ist weiter ein optisches System für Fernsehaufnahmekameras bekannt, das längs einer optischen Achse in Richtung des Lichtstromes ein aus n Gliedern bestehendes Objektiv und dahinter die Frontscheibe einer Fernsehaufnahmeröhre enthält, auf deren in der Richtung des Lichtstromes zuletzt liegenden Fläche eine lichtempfindliche Schicht aufgebracht ist. Bei diesem optischen System besteht das Objektiv aus fünf Gliedern, seine Brennweite betrifft 16 mm, und seine Lichtstärke hat den Wert 1 : 1,7. Die Frontscheibe der Fernsehaufnahmeröhre ist wiederum eine planparallele Platte. Die erzielbare Auflösung liegt bei 500 Fernsehbildzeilen. Auch diese Auflösungsvermögen gestattet nicht die Erzielung der heute angestrebten hohen Bildqualität, so daß dem bekannten System Anwendungsgebiete verschlossen bleiben, die ein solches hohes Auflösungsvermögen verlangen.In "The Journal of the Institute of Television Engineers of Japan", Volume 35, No. 3, 1981, page 3, an optical system for television recording cameras is also known which has a lens consisting of n elements along an optical axis in the direction of the luminous flux and behind it contains the front screen of a television recording tube, on the surface of which lies last in the direction of the luminous flux, a light-sensitive layer is applied. In this optical system, the lens consists of five sections, its focal length is 16 mm and its light intensity is 1: 1.7. The front pane of the television recording tube is in turn a plane-parallel plate. The achievable resolution is 500 television picture lines. This resolving power also does not allow the high image quality desired today to be achieved, so that the known system remains closed to applications which require such a high resolving power.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches System der eingangs erwähnten Art so auszubilden, daß es sich für einen Einsatz in Verbindung mit einer Fernsehaufnahmekamera auch in solchen Fällen eignet, wo nicht nur ein hohes Auflösevermögen, sondern auch eine gleichmäßige Verteilung dieses Auflösungsvermögen mit dem Gesamtbereich der Frontscheibe der Fernsehaufnahmeröhre verlangt wird.The invention has for its object an optical To design a system of the type mentioned at the beginning that it is suitable for use in connection with a TV recording camera is also suitable in such cases where not only a high resolution, but also one even distribution of this resolution with the total area of the front window of the television tube is required.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein optisches System, wie es im Patentanspruch 1 angegeben ist; vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention solved by an optical system as in claim 1 is specified; advantageous embodiments and further developments of the invention result from the Subclaims.

Das Grundprinzip der Erfindung liegt dabei darin, das Objektiv des optischen Systems baulich mit der Fernsehaufnahmekamera in der Weise zu einer geschlossenen Einheit zu vereinigen, daß das letzte Glied des Objektivs gleichzeitig die Frontscheibe der Fernsehaufnahmekamera bildet. Mit Hilfe des optischen Systems gemäß der Erfindung wird es möglich, für spezielle Anwendungsfälle eine hohe, bis zum Grenzwert reichende Qualität des Fernsehbildes in Einfarben-Fernsehaufnahmekameras zu erzielen.The basic principle of the invention is the lens of the optical system structurally with the television recording camera in the way of a closed Unit to unite that the last link of the lens at the same time the front window of the television recording camera forms. With the help of the optical system according to the invention it becomes possible for a special application high quality of the television picture reaching the limit to achieve in single color television recording cameras.

Für die weitere Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung bezug genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele für die Erfindung im einzelnen veranschaulicht sind; dabei zeigen in der Zeichnung:For further explanation of the invention now referring to the drawing in which preferred embodiments for the invention in individual are illustrated; show in the Drawing:

Fig. 1 bis 9 verschiedene Ausführungsvarianten für ein optisches System gemäß der Erfindung jeweils anhand eines optischen Schemas in Verbindung mit einer Fernsehaufnahmekamera und Fig. 1 to 9 different embodiments for an optical system according to the invention, each using an optical scheme in conjunction with a television recording camera and

Fig. 10 bis 18 Diagramme zur Veranschaulichung der Restaberration für die optischen Systeme gemäß Fig. 1 bis 9. Fig. 10 to 18 are diagrams for illustrating the residual aberration for the optical systems of FIG. 1 to 9.

Das in Fig. 1 dargestellte optische System enthält ein aus n Gliedern bestehendes Objektiv 2 und eine Planscheibe 3 einer Fernsehaufnahmeröhre 4, die in der Richtung des Lichtstromes entlang einer optischen Achse 1 hintereinander liegen.The optical system shown in FIG. 1 contains a lens 2 consisting of n elements and a faceplate 3 of a television recording tube 4 , which lie one behind the other in the direction of the light flux along an optical axis 1 .

Das in Richtung des Lichtstromes als erstes liegende Glied (Vorderglied) des Objektives 2 besteht aus einer Bikonvexlinse 5 und einer damit verkitteten Bikonvexlinse 6. Das in Richtung des Lichstromes als zweites liegende Glied des Objektivs 2 wird durch eine Bikonvexlinse 7 und eine damit verkittete Bikonvexlinse 8 gebildet. Das dritte in Richtung des Lichtstromes liegende Glied des Objektivs 2 ist aus einer Bikonvexlinse 9 und einer damit verkitteten Bikonvexlinse 10 ausgeführt. Das letzte in Richtung des Lichtstromes liegende Glied (Hinterglied) des Objektivs 2 hat eine von Null verschiedene Stärke und dient als Planscheibe einer Fernsehaufnahmeröhre 4.The first limb (front limb) of the objective 2 in the direction of the luminous flux consists of a biconvex lens 5 and a biconvex lens 6 cemented to it. The second member of the objective 2 lying in the direction of the luminous flux is formed by a biconvex lens 7 and a biconvex lens 8 cemented to it. The third member of the objective 2 lying in the direction of the luminous flux is made up of a biconvex lens 9 and a biconvex lens 10 cemented to it. The last link (rear link) of the objective 2 lying in the direction of the luminous flux has a thickness different from zero and serves as a face plate of a television recording tube 4 .

Bei dieser Ausführungsform des optischen Systems stellt das Hinterglied des Objektivs 2 eine plankonkave Linse, im folgenden Text Linse 3 dar, die mit ihrer konkaven Seite dem Objekt zugewandt ist und in eine an der Stirnseite der Fernsehaufnahmeröhre 4 befestigte Fassung 11 eingebaut ist. An der in der Richtung des Lichtstromes zuletzt liegenden Oberfläche der Linse 3 befindet sich eine lichtempfindliche Schicht 12.In this embodiment of the optical system, the rear member of the lens 2 is a plano-concave lens, in the following text lens 3 , which faces the object with its concave side and is installed in a mount 11 fastened to the end face of the television tube 4 . A light-sensitive layer 12 is located on the last surface of the lens 3 in the direction of the luminous flux.

Das Objektiv 2 ist in einem Gehäuse 13 angeordnet, das mit dem Gehäuse der Fernsehaufnahmeröhre 4 mit Hilfe einer Übergangsfassung 14 verbunden ist. Im Gehäuse 13 können das erste und das dritte Glied des Objektivs 2 mittels Gewinderingen 15 und 16 bewegt werden, wobei das dritte Glied in einer Fassung 17 befestigt ist. Zwischen dem ersten und dem zweiten Glied des Objektivs 2 befindet sich ein Distanzring 18.The lens 2 is arranged in a housing 13 which is connected to the housing of the television receiving tube 4 by means of a transition mount 14 . The first and the third link of the objective 2 can be moved in the housing 13 by means of threaded rings 15 and 16 , the third link being fastened in a mount 17 . A spacer ring 18 is located between the first and the second link of the objective 2 .

Die beschriebene Ausführungsform des optischen Systems kann zweckmäßigerweise bei größeren Bildwinkeln (über 50°) benutzt werden.The described embodiment of the optical system can expediently used at larger picture angles (over 50 °) will.

Bei kleineren, unter 20° liegenden Bildfeldwinkeln von langbrennweitigen optischen Systemen kann das in Fig. 2 gezeigte optische System erfolgreich benutzt werden.The optical system shown in FIG. 2 can be used successfully with smaller image field angles of long focal length optical systems which are below 20 °.

Diese Ausführungsform des optischen Systems ist dem optischen System nach Fig. 1 ähnlich.This embodiment of the optical system is similar to the optical system according to FIG. 1.

Der Unterschied liegt darin, daß das Hinterglied des Objektivs 2 als positive Plankonvexlinse 19 ausgebildet ist, deren konvexe Seite dem Objekt zugewandt ist.The difference is that the rear limb of the objective 2 is designed as a positive plano-convex lens 19 , the convex side of which faces the object.

Das erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Glied des Objektivs 2 sind in dieser Reihenfolge eine Bikonvexlinse 20 und ein damit verkitteter negativer Meniskus 21, ein negativer Meniskus 22, eine Bikonkavlinse 23 und eine damit verkittete Bikonvexlinse 24, eine Bikonvexlinse 25 und schließlich eine Bikonkavlinse 26.The first, second, third, fourth and fifth members of the objective 2 are in this order a biconvex lens 20 and a negative meniscus 21 cemented therewith, a negative meniscus 22 , a biconcave lens 23 and a cemented biconvex lens 24 , a biconvex lens 25 and finally one Biconcave lens 26 .

Für Weitwinkel-Fernsehkameras mit einer nahe dem Grenzwert liegender Auflösung ist die Benutzung des optischen Systems nach Fig. 3 von Vorteil.For wide-angle television cameras with a resolution close to the limit, the use of the optical system according to FIG. 3 is advantageous.

Zum Unterschied von der Variante des optischen Systems nach Fig. 1 stellt das Hinterglied des Objektivs 2 bei diesem System eine Bikonkavlinse 27 dar.In contrast to the variant of the optical system according to FIG. 1, the rear member of the objective 2 in this system represents a biconcave lens 27 .

Das erste, zweite, dritte, vierte, fünfte, sechste und siebente Glied sind in dieser Reihenfolge eine Bikonvexlinse 28, eine Bikonvexlinse 29, eine Bikonkavlinse 30, eine Bikonkavlinse 31, ein positiver Meniskus 32, dessen konkave Seite dem Bild zugewandt ist, sowie eine Bikonvexlinse 33 und ein positiver Meniskus 34, bei dem die konkave Seite dem Bild zugewandt ist.The first, second, third, fourth, fifth, sixth and seventh members are in this order a biconvex lens 28 , a biconvex lens 29 , a biconcave lens 30 , a biconcave lens 31 , a positive meniscus 32 , the concave side of which faces the image, and one Biconvex lens 33 and a positive meniscus 34 with the concave side facing the image.

Für Fernsehaufnahmekameras, die bei Bildwinkeln von 30 . . . 60°C und mit Fernsehaufnahmeröhren betrieben werden, deren Auflösung nahe dem Grenzwert liegt, ist die Benutzung des optischen Systems nach Fig. 4 zweckmäßig.For television recording cameras with an angle of view of 30. . . 60 ° C and operated with television recording tubes whose resolution is close to the limit value, the use of the optical system according to FIG. 4 is expedient.

Zum Unterschied von der in Fig. 1 dargestellten Variante ist das Hinterglied des Objektivs 2 als Plankonkavlinse 35 ausgeführt, deren konkave Seite dem Bild zugewandt ist.In contrast to the variant shown in FIG. 1, the rear member of the objective 2 is designed as a plano-concave lens 35 , the concave side of which faces the image.

Das erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Glied des Objektivs 2 sind ein mit seiner konkaven Seite dem Bild zugewandter positiver Meniskus 36, ein positiver und ein damit verkitteter negativer Meniskus 38, deren konkave Seite dem Bild zugewandt ist, eine Bikonkavlinse 39 und eine damit verkittete Bikonvexlinse 40, ein mit seiner konkaven Seite dem Objekt zugewandter positiver Meniskus 41, ein mit seiner konkaven Seite dem Bild zugewandter positiver Meniskus 42 und ein mit seiner konkaven Seite dem Bild zugewandter positiver Meniskus 43.The first, second, third, fourth, fifth and sixth members of the objective 2 are a positive meniscus 36 with its concave side facing the image, a positive and a cemented negative meniscus 38 , the concave side of which faces the image, a biconcave lens 39 and a cemented biconvex lens 40 , a positive meniscus 41 with its concave side facing the object, a positive meniscus 42 with its concave side facing the image, and a positive meniscus 43 facing the image with its concave side.

Für Fernsehaufnahmekameras mit langbrennweitigen Objektiven, deren Bildwinkel 15 . . . 40° betragen, kann sinngemäß ein optisches System benutzt werden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.For television recording cameras with long focal length lenses, the angle of view 15. . . 40 °, an optical system can be used, as shown in Fig. 5.

Im Unterschied zur Variante nach Fig. 1 ist das Hinterglied des Objektivs 2 bei diesem System als negativer Meniskus 44 ausgeführt, dessen konkave Seite dem Bild zugewandt ist.In contrast to the variant according to FIG. 1, the rear member of the objective 2 in this system is designed as a negative meniscus 44 , the concave side of which faces the image.

Als erstes, zweites und drittes Glied des Objektivs 2 dienen in dieser Reihenfolge eine Bildkonvexlinse 45 und ein damit verkitteter negativer Meniskus 46, dessen konkave Seite dem Objekt zugewandt ist, ein negativer Meniskus 47 und damit verkitteter positiver Meniskus 48, deren konkave Seite dem Bild zugewandt ist, sowie eine Bildkonvexlinse 49 und eine damit verkittete Bikonkavlinse 50.The first, second and third members of the objective 2 serve in this order an image convex lens 45 and a negative meniscus 46 cemented therewith, whose concave side faces the object, a negative meniscus 47 and thus cemented positive meniscus 48 , the concave side facing the image and an image convex lens 49 and a biconcave lens 50 cemented to it.

Das optische System kann auch gemäß der in Fig. 6 gezeigten Variante ausgeführt werden. The optical system can also be implemented in accordance with the variant shown in FIG. 6.

Zum Unterschied von der Variante nach Fig. 1 stellt hier das Hinterglied des Objektivs 2 einen positiven Meniskus 51 dar, der mit seiner konkaven Seite dem Bild zugewandt ist.In contrast to the variant according to FIG. 1, the rear member of the objective 2 here represents a positive meniscus 51 , which faces the image with its concave side.

Als erstes, zweites und drittes Glied des Objektivs 2 dienen eine Bikonvexlinse 52 und eine damit verkittete Bikonkavlinse 53 bzw. ein mit seiner konkaven Seite dem Bild zugewandter negativer Meniskus 54 sowie eine Bikonvexlinse 55 und eine damit verkittete Bikonkavlinse 56.A biconvex lens 52 and a biconcave lens 53 cemented to it, or a negative meniscus 54 with its concave side facing the image, and a biconvex lens 55 and a biconcave lens 56 cemented to it serve as the first, second and third link of the objective 2 .

Bei erforderlicher Korrektur von chromatischen Aberationen in einem breiten Spektralbereich kann für das optische System die Ausführungsvariante nach Fig. 7 vorgesehen werden.If correction of chromatic aberations in a wide spectral range is required, the embodiment variant according to FIG. 7 can be provided for the optical system.

Zum Unterschied von der in Fig. 1 gezeigten Variante ist hier das Hinterglied des Objektivs 2 durch Verkittung eines positiven Meniskus 57 und eines negativen Meniskus 58 ausgebildet, deren konkave Seite dem Bild zugewandt ist.In contrast to the variant shown in FIG. 1, the rear limb of the objective 2 is formed here by cementing a positive meniscus 57 and a negative meniscus 58 , the concave side of which faces the image.

Als erstes, zweites und drittes Glied des Objektivs 2 dienen dabei ein mit seiner konkaven Seite dem Bild zugewandter positiver Meniskus 59 bzw. ein mit seiner konkaven Seite dem Bild zugwandter negativer Meniskus 60 sowie eine Bikonvexlinse 61 und eine Bikonkavlinse 62, die miteinander verkittet sind.The first, second and third members of the objective 2 are a positive meniscus 59 with its concave side facing the image or a negative meniscus 60 with its concave side facing the image, and a biconvex lens 61 and a biconcave lens 62 which are cemented together.

Das optische System kann auch gemäß der Variante nach Fig. 8 aufgebaut werden.The optical system can also be constructed in accordance with the variant according to FIG. 8.

Der Unterschied von der Variante nach Fig. 1 besteht in der Ausführung des Hinterglieds des Objektivs 2 aus einem negativen Meniskus 63 und einem damit verkitteten positiven Meniskus 64, deren konkave Seite dem Bild zugewandt ist.The difference from the variant according to FIG. 1 consists in the design of the rear member of the objective 2 from a negative meniscus 63 and a positive meniscus 64 cemented to it, the concave side of which faces the image.

Das erste, zweite und dritte Glied des Objektivs 2 sind eine Bikonvexlinse 65, eine Bikonkavlinse 66 sowie eine Bikonvexlinse 67 und eine damit verkittete Bikonkavlinse 68.The first, second and third members of the objective 2 are a biconvex lens 65 , a biconcave lens 66 and a biconvex lens 67 and a biconcave lens 68 cemented to it.

Das für Fernsehkameras bestimmte optische System kann weiter auch gemäß der Variante nach Fig. 9 aufgebaut sein.The optical system intended for television cameras can also be constructed in accordance with the variant according to FIG. 9.

Ihr Unterschied von der in Fig. 1 gezeigten Variante besteht in der Ausführung des Hintergliedes des Objektivs 2 aus miteinander verkitteten Linsen - einer Bikonvexlinse 69 und einer Bikonkavlinse 70.Their difference from the variant shown in FIG. 1 consists in the design of the rear member of the objective 2 from lenses cemented together - a biconvex lens 69 and a biconcave lens 70 .

Als erstes, zweites und drittes Glied des Objektivs 2 dienen dabei eine Bikonvexlinse 71 und eine damit verkittete Bikonkavlinse 72, eine Bikonvexlinse 73 und ein damit verkitteter negativer Meniskus 74, dessen konkave Seite dem Objekt zugewandt ist, sowie ein positiver Meniskus 75, bei dem die konkave Seite dem Bild zugewandt ist.First, second and third member of the lens 2 thereby serve a biconvex lens 71 and a so cemented biconcave lens 72, a biconvex lens 73 and a so cemented negative meniscus 74, whose concave side facing toward the object, and a positive meniscus 75, in which the concave side facing the image.

Die Wirkungsweise des dargestellten optischen Systems besteht in folgendem.The mode of operation of the presented optical system consists of following.

Ein Lichtstrom fällt in das optische System ein, mit dessen Hilfe auf der in Richtung des Lichtstromes letzten Oberfläche des Hintergliedes des Objektivs 2 (Fig. 1) auf der darauf aufgetragenen lichtempfindlichen Schicht 12 ein optisches Bild erzeugt wird, wobei das Hinterglied des Objektivs 2 eine von Null verschiedene Stärke hat und als Frontscheibe 3 der Fernsehaufnahmeröhre 4 dient.A luminous flux falls into the optical system, with the aid of which an optical image is generated on the last surface of the rear member of the objective 2 ( FIG. 1) on the photosensitive layer 12 applied thereon, the rear member of the objective 2 being a has non-zero strength and serves as the front window 3 of the television tube 4 .

Die konkrete Ausführungsform des Hintergliedes des Objektivs 2 kann verschieden sein und wird durch Größe und Vorzeichen von Restaberrationen in den n-1 Gliedern des Objektivs 2 bestimmt. So kann das Hinterglied z. B. als Plankonkavlinse 3 (Fig. 1) ausgeführt werden, deren konkave Seite dem Objekt zugewandt ist, oder als eine mit der konvexen Seite dem Objekt zugwandte Plankonvexlinse 19 (Fig. 2), als eine Bikonkavlinse 27 (Fig. 3), eine mit der konkaven Seite dem Bild zugewandte Plankonkavlinse 35 (Fig. 4), als ein mit der konkaven Seite dem Bild zugewandter negativer Meniskus 44 (Fig. 5), als ein mit der konkaven Seite dem Bild zugewandter positiver Meniskus 51 (Fig. 6), als positiver Meniskus 57 (Fig. 7) und damit verkitteter negativer Meniskus 58, deren konkave Seite dem Bild zugewandt ist, als negativer Meniskus 63 (Fig. 8) und damit verkitteter positiver Meniskus 64, deren konkave Seite dem Bild zugewandt ist, oder als eine Bikonvexlinse 69 (Fig. 9) und eine damit verkittete Bikonkavlinse 70 ausgebildet sein. Das Hinterglied des Objektivs 2, welches eine nach Vorzeichen und Größe unterschiedlicher Stärke, unterschiedliche Form und unterschiedlichem Brechungsindex seines optischen Werkstoffes haben kann, ermöglicht also die Kompensation von Restaberrationen mit verschiedenen Absolutwerten und Vorzeichen. Dadurch ergibt sich eine bedeutend höhere Qualität des von der Fernsehkamera erzeugten Fernsehbildes.The specific embodiment of the rear member of the objective 2 can be different and is determined by the size and sign of residual aberrations in the n- 1 members of the objective 2 . So the rear limb z. B. as a plano-concave lens 3 ( FIG. 1), the concave side of which faces the object, or as a plano-convex lens 19 ( FIG. 2) facing the object, as a biconcave lens 27 ( FIG. 3), one plano-concave lens 35 ( FIG. 4) with the concave side facing the image, as a negative meniscus 44 ( FIG. 5) facing the image with the concave side, as a positive meniscus 51 facing the image with the concave side ( FIG. 6) , as a positive meniscus 57 ( FIG. 7) and thus cemented negative meniscus 58 , whose concave side faces the image, as a negative meniscus 63 ( FIG. 8) and thus cemented positive meniscus 64 , the concave side of which faces the image, or as a biconvex lens 69 ( FIG. 9) and a biconcave lens 70 cemented to it. The rear member of the lens 2 , which can have a different magnitude, shape and refractive index of its optical material according to the sign and size, thus enables the compensation of residual aberrations with different absolute values and signs. This results in a significantly higher quality of the television image generated by the television camera.

Die hohe Bildqualität im optischen System der Fernsehaufnahmekamera bestätigen die in Fig. 10 . . . 18 dargestellten Diagramme von Restaberrationen des optischen Systems.The high image quality in the optical system of the television recording camera confirms that in FIG. 10. . . 18 shown diagrams of residual aberrations of the optical system.

In den Fig. 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 werden folgende Kurzbezeichnungen verwendet:
(a) - Diagramm der sphärischen Restaberration für einen Punkt an der Achse,
(b) - Diagramm der restlichen Nichtisoplanasie in % für einen Punkt an der Achse,
(c) - Diagramm des Restastigmatismus für einen Punkt außerhalb der Achse;
(d) - Diagramm des restlichen Vergrößerungschromatismus für einen Punkt außerhalb der Achse;
(e), (f), (g), (i) - Diagramme der Restaberrationen von breiten geneigten Bündeln;
(j) - Diagramm der lateralen sphärischen Aberration für einen Achsenpunkt;
h - relative Höhengröße des Strahles auf der Pupille;
Δ s′ - longitudinale sphärische Aberration in mm;
η - longitudinale Nichtisoplanasie in %;
ω - Bildfeldwinkel in Winkelgrad;
z′ _t - meridionale Krümmung in mm;
z′ _s - sagittale Krümmung in mm;
Δ y′ _λ _₁- _λ _₂ - Vergrößerungschromatismus für einen Punkt außerhalb der Achse in mm;
Δ y′ - laterale sphärische Abberation für breite geneigte Bündel;
m - relative Strahlhöhengröße auf der Pupille im Meridionalschnitt.The following short designations are used in FIGS. 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18:
(a) - diagram of the spherical residual aberration for a point on the axis,
(b) - diagram of the remaining non-isoplanasia in% for a point on the axis,
(c) - Diagram of residual astigmatism for an off-axis point;
(d) - Diagram of the remaining magnification chromatism for a point off the axis;
(e), (f), (g), (i) - diagrams of the residual aberrations of wide inclined bundles;
(j) - Diagram of lateral spherical aberration for an axis point;
h - relative height size of the beam on the pupil;
Δ s ′ - longitudinal spherical aberration in mm;
η - longitudinal non-isoplanasia in%;
ω - field angle in degrees;
z ′ _t - meridional curvature in mm;
z ′ _s - sagittal curvature in mm;
Δ y ′ _λ _₁- _λ _₂ - magnification _chromatism for a point off the axis in mm;
Δ y ′ - lateral spherical aberration for wide inclined bundles;
m - relative beam height size on the pupil in the meridional section.

Das optische System, dessen optisches Schema in Fig. 1 dargestellt ist, hat einen Bildfeldwinkel von 17,5°, eine relative Öffnung von 1 : 1,2 und eine Brennweite von 54 mm, seine Restaberrationen sind nach Fig. 10 für einen Achsenpunkt nicht größer als 0,01 mm und für einen Punkt außerhalb der Achse als 0,03 mm am Bildrand.The optical system, the optical scheme of which is shown in FIG. 1, has a field angle of 17.5 °, a relative aperture of 1: 1.2 and a focal length of 54 mm, its residual aberrations are not according to FIG. 10 for an axis point greater than 0.01 mm and for a point outside the axis than 0.03 mm at the edge of the image.

Das optische System, dessen optisches Schema Fig. 2 zeigt, hat einen Bildfeldwinkel von 22°, eine relative Öffnung von 1 : 1,5 und eine Brennweite von 41,2 mm, die Größe seiner Restaberrationen beläuft sich nach Fig. 11 für einen Achsenpunkt auf höchstens 0,01 mm, für einen Punkt außerhalb der Achse im sagittalen Schnitt auf höchstens 0,015 mm und überschreitet im Meridionalschnitt 0,028 mm nicht.The optical system, the optical diagram of which is shown in FIG. 2, has a field angle of 22 °, a relative aperture of 1: 1.5 and a focal length of 41.2 mm, the size of its residual aberrations according to FIG. 11 for an axis point to a maximum of 0.01 mm, for a point off-axis in the sagittal section to a maximum of 0.015 mm and does not exceed 0.028 mm in the meridional section.

Das optische System, dessen optisches Schema in Fig. 3 dargestellt ist, hat einen Bildfeldwinkel von 10°, eine relative Öffnung von 1 : 1,5, und eine Brennweite von 91,4 mm; die Größe seiner Restaberrationen nach Fig. 12 überschreitet nicht 0,01 mm sowohl für einen Achsenpunkt als auch für außerhalb der Achse liegende Objektpunkt im ganzen Bild.The optical system, the optical diagram of which is shown in FIG. 3, has a field angle of 10 °, a relative aperture of 1: 1.5, and a focal length of 91.4 mm; the size of its residual aberrations according to FIG. 12 does not exceed 0.01 mm both for an axis point and for an object point lying outside the axis in the entire image.

Bei dem optischen System, dessen optisches Schema in Fig. 4 zu sehen ist, betragen der Bildfeldwinkel 30°, die relative Öffnung 1 : 1,5 und die Brennweite 30 mm, die Restaberrationen sind nach Fig. 13 für einen Achsenpunkt nicht größer als 0,005 mm und für den Bildrand nicht größer als 0,03 mm.In the optical system, the optical scheme of which can be seen in FIG. 4, the field angle is 30 °, the relative aperture is 1: 1.5 and the focal length is 30 mm, the residual aberrations according to FIG. 13 for an axis point are not greater than 0.005 mm and for the edge of the picture no larger than 0.03 mm.

Das optische System, dessen optisches Schema Fig. 5 zeigt, hat einen Bildfeldwinkel von 12°, eine relative Öffnung von 1 : 1,0 und eine Brennweite von 80 mm, die Größe der Restaberrationen belaufen sich nach Fig. 14 für einen Achsenpunkt auf höchstens 0,01 mm und sind für einen Punkt außerhalb der Achse nicht größer als 0,03 mm.The optical system, the optical diagram of which is shown in FIG. 5, has a field angle of 12 °, a relative aperture of 1: 1.0 and a focal length of 80 mm, the size of the residual aberrations according to FIG. 14 is at most for one axis point 0.01 mm and are not larger than 0.03 mm for a point outside the axis.

Bei dem optischen System, dessen optisches Schema in Fig. 6 dargestellt ist, betragen der Bildfeldwinkel 25°, die relative Öffnung 1 : 2,0 und die Brennweite 36 mm, die Restaberrationen sind für einen Achsenpunkt nicht größer als 0,01 mm und für einen Punkt außerhalb der Achse nicht größer als 0,023 mm. Die Diagramme der Restaberrationen dieses Systems sind in Fig. 15 gezeigt.In the optical system, the optical scheme of which is shown in FIG. 6, the field angle is 25 °, the relative aperture is 1: 2.0 and the focal length is 36 mm, the residual aberrations for an axis point are not greater than 0.01 mm and for a point off the axis not larger than 0.023 mm. The residual aberration diagrams of this system are shown in FIG. 15.

Das optische System, dessen optisches Schema Fig. 7 zeigt, hat einen Bildfeldwinkel von 10°, eine relative Öffnung von 1 : 20 und eine Brennweite von 91,4 mm, seine Restaberrationen sind für einen Achsenpunkt (Fig. 16) nicht größer als 0,003 mm und für einen Punkt außerhalb der Achse nicht größer als 0,04 am Bildfeldrand.The optical system, the optical diagram of which is shown in FIG. 7, has a field angle of 10 °, a relative aperture of 1:20 and a focal length of 91.4 mm, its residual aberrations for an axis point ( FIG. 16) are not greater than 0.003 mm and for a point outside the axis no greater than 0.04 at the edge of the image field.

Das optische System, dessen optisches Schema in Fig. 8 und Diagramme der Restaberrationen in Fig. 17 dargestellt sind, hat einen Bildfeldwinkel von 15°, eine relative Öffnung von 1 : 1,8, und eine Brennweite von 60,8 mm, seine Restaberrationen sind für einen Achsenpunkt nicht größer als 0,01 mm und für einen Punkt außerhalb der Achse nicht größer als 0,03 mm.The optical system, the optical scheme of which is shown in FIG. 8 and diagrams of the residual aberrations in FIG. 17, has a field angle of 15 °, a relative aperture of 1: 1.8, and a focal length of 60.8 mm, its residual aberrations are not larger than 0.01 mm for an axis point and not larger than 0.03 mm for a point outside the axis.

Bei dem optischen System, dessen optisches Schema in Fig. 9 und dessen Diagramme der Restaberrationen in Fig. 18 dargestellt sind, betragen der Bildfeldwinkel 18°, die relative Öffnung 1 : 20 und die Brennweite 50,5 mm; die Restaberrationen sind für einen Achsenpunkt nicht größer als 0,01 mm und für einen außerhalb der Achse liegenden Punkt nicht größer als 0,022 mm.In the optical system, the optical diagram of which is shown in FIG. 9 and the diagrams of the residual aberrations in FIG. 18, the field of view angle is 18 °, the relative aperture is 1:20 and the focal length is 50.5 mm; the residual aberrations are not greater than 0.01 mm for an axis point and not greater than 0.022 mm for an off-axis point.

Die beschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung enthalten also optische Schemata und Diagramme der Restaberrationen für lichtstarke optische Systeme, deren relative Öffnungen in den Grenzen von 1 :1,0 bis 1 : 2,0, deren Bildfeldwinkel von 10° bis 35° und deren Brennweiten von 30 mm bis 91,4 mm liegen. Die erfindungsgemäß ausgeführten optischen Systeme können in einem bedeutend größeren Bereich von Bildfeldwinkeln, relativen Öffnungen und Brennweiten benutzt werden; als Beispiele wurden hier aber lichtstarke Systeme gewählt. Der Betriebsspektralbereich des optischen Systems gemäß der Erfindung ist ebenfalls ausreichend groß - es kann sowohl im ultravioletten als auch im infraroten Spektralgebiet arbeiten.The described variants of the invention contain optical diagrams and diagrams of the residual aberrations for bright optical systems, their relative openings within the limits of 1: 1.0 up to 1: 2.0, their field of view from 10 ° to 35 ° and their focal lengths from 30 mm to 91.4 mm. The executed according to the invention optical systems can be in a significantly larger size Range of field angles, relative openings and Focal lengths are used; but here were examples bright systems selected. The operating spectral range of the optical system according to the invention is also big enough - it can be both in the ultraviolet as well as working in the infrared spectral range.

Die Erfindung kann in der Atomindustrie, in der elektronischen und Hüttenindustrie, beim medizinischen Gerätebau sowie in den Gebieten der Technik benutzt werden, in denen die Kontrolle von technologischen Präzisionsprozessen wie die Messung von Längenabmessungen und Volumina und die Erkennung von komplizierten feinkörnigen Strukturen zu ihrer automatischen Zählung und Selektion, oder die Beobachtung von biologischen Objekten und die Fernbeobachtung von Mechanismen und Geräten erforderlich wird.The invention can be used in the nuclear industry, in the electronic and metallurgical industry, in medical device construction as well as in the fields of technology where the control of technological precision processes like that Measurement of length dimensions and volumes and the detection of complicated fine-grained structures to their automatic Counting and selection, or observation of biological Objects and the remote observation of mechanisms and devices is required.

Claims

1. Optical system for a television recording camera, in which a lens consisting of n elements and a front window which closes the television recording tube of the television recording camera follow one another in the direction of light flow along an optical axis, the curvature of which is matched to the last refractive surface of the lens and one on the back light-sensitive layer, characterized in that the last link ( 3; 19; 27; 35; 44; 51; 57; 58; 63, 64; 69, 70 ) of the objective ( 2 ) in the direction of the luminous flux is directly used as the front pane of the television tube ( 4 ) serves and has an optical strength other than zero.

2. System according to claim 1, characterized in that the last link of the lens ( 2 ) is a plano-concave lens ( 3 ) with the object facing concave side ( Fig. 1).

3. System according to claim 1, characterized in that the last link in the light flux direction of the lens ( 2 ) is a positive plano-convex lens ( 19 ) with the object facing convex side ( Fig. 2).

4. System according to claim 1, characterized in that the last link in the light flux direction of the lens ( 2 ) is a biconcave lens ( 27 ) ( Fig. 3).

5. System according to claim 1, characterized in that the last link of the lens ( 2 ) is a plano-concave lens ( 35 ) with the image facing concave side ( Fig. 4).

6. System according to claim 1, characterized in that the last member of the lens ( 2 ) in the direction of luminous flux is a negative meniscus ( 44 ) with the image facing concave side ( Fig. 5).

7. System according to claim 1, characterized in that the last member of the lens ( 2 ) in the direction of luminous flux is a positive meniscus ( 51 ) with the image facing concave side ( Fig. 6).

8. System according to claim 1, characterized in that the last link of the lens ( 2 ) in the direction of light flux is formed from a positive meniscus ( 57 ) and a cemented negative meniscus ( 58 ), which follow one another in this order and each with its concave Side facing the picture ( Fig. 7).

9. System according to claim 1, characterized in that the last link in the direction of light flux of the lens ( 2 ) is formed from a negative meniscus ( 63 ) and a cemented positive meniscus ( 64 ), which follow one another in this order and each with its concave Side facing the picture ( Fig. 8).

10. System according to claim 1, characterized in that the last link in the light flux direction of the lens ( 2 ) consists of a biconvex lens ( 69 ) and a cemented biconcave lens ( 70 ) ( Fig. 9).